Dokładność pomiaru za pomocą wewnętrznego A/D

[Jacek Bogusz]

Wykonuję teraz pewien projekt, w którym potrzebuję mierzyć napięcie z dokładnością do ok. 8-10 mV. Fakt, że dysponuję zestawem ewaluacyjnym, w którym napięcie odniesienia jest brane po delikatnej filtracji z napięcia zasilania, ale... Walczyłem z również z różnymi doczepianymi do nóżki dodatkowymi układami (np. dodałem zewnętrzne źródło napięcia odniesienia) i nijak nie wychodzi "spokojny pomiar". To znaczy taki, którego mógłbym być pewien, bez nadmiernych oscylacji w zakresie 3 najmłodszych bitów. Podzielcie się wiedzą - jaką dokładność pomiaru udało się Wam osiągnąć za pomocą ARM i jakich firm? Ja mam STM32 i nie bardzo mogę sobie dać radę z uzyskaniem rozdzielczości założonej przez producenta.

[rezasurmar]

Mogę z mojej strony, tylko polecić jednak zewnętrzny A/D. Mam styczność (serwisowo-projektową) z urządzeniami do pomiaru masy, gdzie napięcie wyjściowe z przetworników tensometrycznych jest na poziomie miliwoltów i żaden producent nie zdecydował się na wewnętrzne przetworniki. Wszystko robione na zewnętrznych A/D o rozdzielczościach minimum 16bit.
Problem uzyskania dokładności wewnętrznego AD może być spowodowany po pierwsze, sporymi zakłóceniami z samego procesora, po drugie duże błędy liniowości, oraz błędy przetwarzania. Ewentualnie szukał bym czegoś w stylu MSC1210, który ma 24bitowy przetwornik i jest stworzony do pomiarów.

Sam głównie korzystam z ADS1216, CS5532. Interfejs SPI, 24bity, nieliniowość rzędu 0,0015% i można szaleć.

[pajaczek]

Niedokładność na poziomie 3 LSB to jest trochę dużo. Wydaje mi się, że na STM32 uzyskiwałem stabilność 2 bit LSB, ale głowy nie dam. Jaki to dokładniej jest zestaw (procek), w poprzednim numerze EP było coś o ADC i "kłopotliwości niektórych" obudów.
Sprawdź czy napięcie odniesienia jest stabilne, czy nie obciążasz za nadto źródła odniesienia, może napięcie które mierzysz tak faluje?

Rezasurmar I te mV napięcia wyjściowe podają bezpośrednio na przetwornik? To by trochę dziwne było. Dość oczywistym wydaje się jednak, że w tanich uC nie znajdziemy wbudowanych przetworników z górnej półki, choć są dedykowane do pomiarów wersje gdzie można znaleźć naprawdę fajne przetworniki... i nie zawsze należy się kierować tylko katalogową rozdzielczością, bo to bywa złudne.

[rezasurmar]

Tak, bezpośrednio na CSa, albo ADSa, one mają wewnętrzne wzmacniacze. Tensometry mają czułości w okolicach 1mV/V, czyli na 1kg, napięcie wzrasta o 1mV. Przy niektórych tensometrach uzyskiwane rozdzielczości pomiaru są rzędu 0,5g.

PS. Nawet źródło zasilania może być przyczyną dużych błędów. Swojego czasu miałem problemy z stabilizatorami serii LM25xx, po zmianie na L4940Vxx, problemu ustąpiły.

[Agrest]

Problem znany w metrologii "od zawsze" jako "Dokładność, a precyzja pomiaru" był opisany w EP 09/2012 pod tytułem "Czy dla przetworników A/C wysoka rozdzielczość oznacza wysoką precyzję?". Nie napisano wprost, ale to chyba przedruk z materiałów reklamowych. Karl-Heinz Willingshofer zwraca uwagę na poziom tętnień zasilania, stabilność sygnału zegarowego, jakość napięcia odniesienia w aspekcie stabilności i spadku pod obciążeniem podczas dokonywania pomiaru, jakość samego czujnika i wzmacniacza... Bardzo ciekawy materiał poparty sporą dawką wyliczeń. Dla Ciebie Jacku ten artykuł to pewnie nie nowość, w końcu tu pracujesz Ale piszę do innych którzy buszują po Forum, a nie czytali.
PozdrA

[rafal.220]

Myślę iż koledzy mają tu sporo racji w końcu taką dokładność pomiaru wykorzystują np. mierniki temperatury współpracujące z termoparami.
Proponuję podobnie jak koledzy:
>Sprawdzić zasilanie układu pod względem stabilizacji i odpowiedniej filtracji
>Zastosować odpowiednie źródło odniesienia np. na TL431
>Sprawdzić rozdzielczość pomiaru (ilość bitów na 1mV) jeśli będzie mniej niż 10, to może być problem (konieczność zastosowania zewnętrznego przetwornika A/D zapewniającego większą rozdzielczość)
Tak na marginesie dodam iż było by super jeśli udałoby się koledze uzyskać 10bit na 0,1 mV

Jeśli kolega nie chce stosować przetworników A/D, i jednocześnie chce uzyskać pewien pomiar, to można zastosować podobne rozwiązanie, jakie jest wykorzystywane w multimetrach. (zmiana zakresu pomiarowego)
Albo bardziej profesjonalne i dokładniejsze wykorzystujące dwa wejścia analogowe mikro-kontrolera. Zwiększenie rozdzielczości pomiaru, po przez odpowiedni podział napięć na dzielnikach (tu już trzeba pomyśleć jak to zrobić w końcu kłania się analog )

Tak na koniec mam jeszcze takie pytanko?
Jakie napięcie się znajduje na pinie AREF? i jakia jest spodziewana maksymalna wartość napięcia na wejściu analogowym?
Jeżeli maksymalna wartość na wejściu analogowym jest niższa niż wartość AREF, to proszę tak dobrać dzielnik dla TL431 bądź innego stabilizatora, aby wartość AREF była równa spodziewanej maksymalnej wartości dla wejścia analogowego.
W taki sposób uzyska kolega maksymalną rozdzielczość pomiaru, oraz zmniejszy się błąd pomiarowy.

[Jacek Bogusz]

Dziękuję za odpowiedź, ale to bardzo stare dzieje. Pytanie zadałem dwa lata temu . Problem udało się rozwiązać nieco zmieniając "filozofię" urządzenia. STM32 poszedł precz, zastosowałem przetworniki od TI oraz układ FPGA, którego zadaniem było szybkie zapamiętywanie, przeliczanie i transmisja wyników pomiarów via UART. Prototyp działał bez zarzutu, doskonale współpracował z przetwornikami piezzoelektrycznymi. Ale niestety, na prototypie się skończyło...